Opracowanie nowych koncepcji emiterów azotkowych (380 –
520 nm) w celu ich wykorzystania w sensorach chemicznych,
biologicznych i medycznych. (zadanie 14)
Piotr Perlin
Instytut Wysokich Ciśnień PAN
1
2
Do chwili obecnej japońskie firmy takie jak Nichia, Sony,
Sanyo, Sharp koncentrowały się na uruchomieniu
produkcji laserów do zastosowań w nowej generacji DVD
Obudowa 5.6 mm
Lub w miniaturowych wyświetlaczach laserowych np. Osram
Obudowa 3.8 mm
3
0
1
2
3
4
5
6
7
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
0
50
100
150
200
250
300
350
Op
tica
l p
ow
er
(mW
)
Current (A)
Volta
ge
(V)
Jthr=3 kA/cm2, Vthr=5.5V
Uzyskaliśmy ostatnio lasery o gęstości progowej prądu 2 kA/cm2
IWC PAN kontynuuje prace nad rozwojem laserów średniej i
dużej mocy o długości fali około 405 nm
Przykład lasera o mocy optycznej 340 mW (IWC PAN + TopGaN)
4
Active layer
oxideoxide
Metal
3-5µm
Diody laserowe – emitery krawędziowe
Processing laserów:
Depozycja tlenków i metali
Trawienie jonowe
Fotolitografia klasyczna i laserowa
Montaż, lutowanie eutektyczne wire bonding
Testy i lifetesty
6
Nowe aplikacje koherentnych źródeł światła (w tym
sensorowe) wymagają nowych rozwiązań konstrukcyjnych
Systemy emitujące wysoką moc optyczną
Linijki laserowe
L
d
Jednowymiarowa matryca diod laserowychMożliwość osiągnięcia mocy optycznych znacznie powyżej 1 W
Potencjalna możliwość równoległego działania w przypadku linijek
adresowanych
Ten typ przyrządu nie występuje na światowych rynkach!
7
Linijki laserowe – problemy do rozwiązania
1. Maksymalizacja sprawności lasera.
2. Rozwiązanie problemu odprowadzania ciepła i montażu
3. Fizyka oddziaływania emiterów - sprzężenia
8
Nowe długości fali
Uzyskanie przyrządów o optymalnych parametrach
pracujących w zakresie 380 – 520 nm poszerzy możliwość
stosowania emiterów w różnych aplikacjach w tym
sensorowych.
Do tej pory w IWC PAN uzyskano emisję laserową w zakresie
380 – 430 nm, ale optymalne parametry były uzyskane w
zakresie 390-415 nm.
360 380 400 420 440 460 4800
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
100000
LD 151 393 nm
LD 416 - 430nm
LD117 402 nm
LD116 - 416 nm
Inte
nsity (
cp
s)
Emission wavelength (nm)
9
380 405 500 nm
Problemy do rozwiązania
1. Konstrukcja studni kwantowych,
szczególnie barier. Stopy o niskim
składzie In. Utrzymanie właściwej
głębokości studni.
2. Minimalizacja absorpcji w
rezonatorze.
3. Problemy niezawodnościowe –
duża energia fotonu.
1. Duży kwantowy efekt Starka.
Naprężenia prowadzące do
generacji defektów
2. Efekt Auger lub inny o zależności
n3
3. Wysokie straty w falowodzie
4. Słaby confinement optyczny
modów.
Milestony:31.03.2010 - Demonstracja emisji laserowej w długości fali 460 nm
10
Diody superluminescencyjne (SLED)
Przyrząd oparty o mechanizm emisji wymuszonej ale bez
sprzężenia zwrotnego
Cechy:
Dobra koherencja przestrzenna, ale brak koherencji
czasowej.
Bardzo dobra wiązka (typu laserowej).
Dość wysokie moce optyczne.
Zastosowania:
Tomografia laserowa, obrazowanie fluorescencyjne
SLED azotkowe do tej pory nie zademonstrowane.
11
Diody superluminescencyjne (SLED)
Trzy sposoby procesowania przyrządów
1. Warstwy antyrefleksyjne
Pasek kontaktu
Warstwy antyrefleksyjne
2.Dezorientacja paska laserowego
13
Diody superluminescencyjne (SLED)
Opracowano podstawy processingu tego typu przyrządów
Pierwsze próby zostaną przeprowadzone w ciągu miesiąca.
Milestones:-30.09.2009 Demonstracja emisji ze struktury typu SLED o długości fali 405 nm
- 30.09.2011 Osiągnięcie mocy 20 mW z diody superluminescencyjnej
Uzyskane wyniki – matryce laserowe-mini linijki
14
Wykonaliśmy następujące struktury:
3, 7 m szerokośd paska
20,40, 60 m stała linijki
500-700 m długośd rezonatora
Linijki – struktura epitaksjalna
• Struktury epitaksjalne MOCVD
• Wyjsciowa ilośd dyslokacji rzędu 102 cm-2
• Koocowa ilośd dyslokacji 104-105
15
Azotkowe minilinijki - trójpaskowe
16
N-GaN
N-AlGaN
GaN (0.1m)
MQW
GaN (0.1m)
P-AlGaN
P+ AlGaN (20 nm)
InGaN- 1.9 % (3.5 nm)
Si: InGaN- 10 % (8 nm)
3 quantum wells
Cladding: 0.35 m
Al0.08Ga0.92N
Cladding: 0.55 m ,
Al0.08Ga0.92N
EBL: Mg-doped Al0.2Ga0.8N
Procesowana jako „oxide isolated ridgewaveguide”
chipsy(300 m x 500 m) montowane p-dodołu na heat spreaderach diementowych
Paski są połączone równolegle
MINI Linijki
Photo of our structure
Praca CW w Temp ~ 20 C
Parametry przyrządów3 x 3m, pitch 40 m
17
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
op
tica
l p
ow
er
(W)
Current (A)
stripe 3 m x 3m
380 400 420 4400
3
6
9
Inte
nsity [arb
. units]
Wavelength (nm)
I=1030 mA
Maksymalna moc optyczna
250 mW
Bardzo wąskie widmo (1.5 Å)
Quasi-jedno modowy
Parametry przyrządów3 x 3m, pitch 40 m
• Bezpośrednia projekcja na matrycę CCD.
18
Pomiary pola dalekiego
T
L
Nad progiem
T
L
T
L
Pod progiem Około progu
T - TRANSVERSAL
L - LATERAL direction
Supermod?
19
Nagła zamiana obrazu pola dalekiego sugeruje tworzenie supermodu.
Efekt dziwny dla relatywnie dużej odległości między paskami – 40 m
Dlaczego efektywność sprzężenia jest tak wysoka:
Dwa mechanizmy:
Bezpośrednie sprzężenie przez zanikające fale
Pośrednie sprzężenie przez mod podłożowy
Substrate mode
Top Related